發電廠煙囪鋼內筒液壓同步頂升裝置設計計算

黃志源 王炳琴 王炳莉

（1.華電鄭州機械設計研究院，河南 鄭州450015；2.樂山職業技術學院，四川 樂山614000；3.華能日照電廠，山東 日照276826）

1 工程概況

貴州大方發電有限公司改造4×300MW機組煙囪工程,鋼內筒高度為243m，內直徑為φ6.8m。鋼內筒采用自立式結構，鋼內筒筒體材料采用鈦鋼復合鋼板，厚度取6種，分別為20mm＋1.2mm厚、18mm＋1.2mm厚、16mm＋1.2mm厚、14mm＋1.2mm厚、12mm＋1.2mm厚 和10mm＋1.2mm厚。

鋼內筒采用SQD型松卡式千斤頂液壓提升設備，逐層倒裝完成，鋼板接長采用焊接接長（每段按2m安裝，每段由3塊板組成），焊縫連接采用CO2氣體保護焊打底和手工電弧焊蓋面內部采用氬弧焊焊接方案。

2 頂升裝置的安裝及工作原理

2.1 頂升裝置的安裝

貴州大方發電有限公司1#煙囪新建鋼內筒6800mm，內筒使用12個頂升裝置，額定起升重量960t，新建鋼內筒起升總重量約767t。采用倒裝法施工，頂上一節安裝一節，與上部焊接后再頂升，以此完成243m的高度。鋼內筒加工在煙囪0m地面上完成，包含卷板，噴砂刷漆，焊接，加強筋焊接，脹圈加工焊接等，避免了高空作業，在施工和操作過程中有很高的安全性。

設備提升架未就位前，將千斤頂安裝在提升架頂部并將固定螺栓裝齊。提升架安裝沿著鋼內筒直徑8750mm，按12等分圓周分布，如圖1所示。提升架由11根直徑510mm*16mm的無縫鋼管長度為9m，單獨一根立柱5560mm座在相鄰兩根提升架中間的門梁上拼裝組成，提升架底部與煙囪底部的預埋鐵焊接牢固。提升架中有一根直徑70mm（45#）的提升桿，用于提升托架，從而帶動鋼內筒的提升，每根提升架之間121*7的無縫鋼管作為支撐。門梁為5530*20mm的鋼板焊接成的箱型梁，門梁下作為進板的門洞，尺寸為4020*2920mm。門洞下裝進板軌道，軌道由I20卷制成弧形，另一端與外筒壁的門口相連。

圖1 頂升裝置布置圖

2.2 液壓頂升裝置的工作原理

SQD-1200-200SF型松卡式千斤頂的中心有一根直徑70mm的提升桿，長度為9.85m。安裝時先把上下夾頭的松卡螺母逆時針向上調至頂端，這樣上下夾頭的工作狀態處于送卡位置，上下夾頭中的夾塊在彈簧的作用下，向下把提升桿鎖住。液壓缸上升時，上下夾頭都處于鎖緊狀態，夾塊是放在錐套里的，向下液壓越緊，向上松開。上夾頭的夾塊鎖住提升桿，液壓缸上升時提升桿帶動夾塊向下運動，越拉越緊，下夾頭也是鎖住提升桿的。但提升桿在液壓缸上升時同步上升，下夾頭的夾塊受到一個向上的力自動松開，從而松開了提升桿，提升桿帶動提升架上的托架，托架帶動脹圈，脹圈與鋼內筒是焊接在一起的，從而帶動整個鋼內筒向上提升。

SQD-1200-200SF型松卡式千斤頂，液壓行程為200mm。但液壓缸行至200mm時，液壓缸受限而停止，下夾頭在彈簧的作用下鎖緊提升桿。這時可以讓液壓缸回程上下運動，下夾頭受提升桿的重力和彈簧的作用，將提升桿鎖住。提升桿不能向下運動，液壓缸下降時，上夾頭受到一個向上的力，夾塊自動打開，松開提升桿，這樣液壓缸回到原位后，就可以接著下一個行程的工作。

3 頂升裝置的設計與計算方法

已知鋼內筒及附屬結構總重為750t，即7500kN，考慮在頂升過程中出現各頂升支柱不均勻的情況，共12個支柱，僅考慮9個支柱承受7500kN的荷載，即N=7500kN/9=833kN。主要針對抱桿柱、柱間支撐、門洞橫梁、漲圈梁、鋼內筒提升耳板、提拉桿和提拉桿底部擋板焊縫進行計算整理。

3.1 抱桿柱

采用無縫鋼管510*16，材質為Q345B。N=833kN，e=665mm，M=N*e=554kN·m，L0x=2*9100=18200mm，長細比λ=L0x/ix=18200/174.7=104≤150，滿足要求。查附錄[1]表C-2得，φx=0.529，βmx=1，N′Ex=π2EA/1.1λx2=5542kN。

依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第5.2.1條，彎矩作用平面內的強度計算如下：

N/An+Mx/γx W nx=833000/24831+554000000/1.15*2973550=195.5Mpa≤310Mpa。

依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第5.2.2條，彎矩作用平面內的穩定性計算如下：

N/φx A n+βm x M x/γx W 1x（1-0.8N/N′Ex）=833000/0.529*24831+1.0*554000000/1.15*2973550*0.812=262.9Mpa≤310Mpa。

穩定應力比為0.85。

3.2 柱間支撐

采用121*7的無縫鋼管，材質為Q235B。

柱間支撐所在平面不是主受力面，柱間支撐按壓桿設計，依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）表5.3.8可知，長細比不大于150即可。那么對于ZC-1有λ=lo/ix=3022/40.3=75≤150，對 于ZC-2有λ=lo/iy=2655/40.3=65.9≤150，滿足要求。

圖3 柱間支撐

3.3 門洞橫梁

采用5530*20mm的鋼板焊接成的箱型梁，截面為600×600×20，材質為Q235B。

已知=833kN，10=4.375m，得M=1/4（N*10）=911.1kN·m。

依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第4.1.1條，在主平面內受彎的實腹構件，其抗彎強度M x/（γx W x）≤f，M x=911.1kN·m，γx=1.05，W nx=8681.95cm3。

查表[1]3.4.1-1，抗彎強度f=205Mpa，6=M x/（γx W nx）=911.1*106/（1.05*8681.95*103）=100Mpa≤205Mpa。滿足要求。

圖4 門洞橫梁

3.4 漲圈梁

截面為400×250×20，材質為Q235B。

已 知N=833kN，10=2.265m，得M=1/4（N*10）=471.7kN·m。

依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第4.1.1條，Mx/（γxWnx）≤f，Mx=471.7kN·m，γx=1.05，Wnx=2584.26 cm3，6=Mx/（γxWnx）=471.7*106/（1.05*2587.26*103）=173.6Mpa≤205Mpa。滿足要求。

3.5 鋼內筒提升耳板

20×520×520，材質為Q235B。

已知，兩個提升拉桿支架有3塊耳板均勻焊接于鋼內筒，要求hf=14mm，那么he=14*0.7≈10mm，lw=520-2*14=492mm，N=833kN/3=277666N。

依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第7.1.3條，Τf=N/（he*lw）=277666/（10*492*2）=28.2Mpa≤160Mpa。滿足要求。

3.6 提拉桿

截面為φ70，材質為45#鋼。

45#鋼的屈服強度fy=355Mpa，抗拉強度設計值可根據經驗取f=fy/ΓR=355/1.111=319.5Mpa。那么單根提拉桿的抗力為319.5*π*（70*0.5）*2=1229kN。而鋼內筒頂升時每根提拉桿的負荷為833kN≤1229kN。滿足要求。

3.7 鋼支柱頂部馬鐙計算

鋼支柱截面為φ76*16，一個鋼支柱頂有四根。

A=30.15cm2，i=2.19cm，λ=lo/i=430/21.9=19.6。依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第5.1.2條，φ=0.982，N=1000kN/4=250kN，Б=N/φA=250000/0.982*3015=82.92 Mpa≤215Mpa。

圖5 鋼支柱頂部馬鐙

3.8 鋼支柱間支撐計算

已知鋼支柱間橫撐截面為T 300*150*12*12，依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）表5.3.8可知，橫撐的長細比滿足200即可。

λ=lo/i=2140/25.3=84.58≤200，滿足要求。

同樣對于鋼支柱間斜撐截面為Ⅰ14，λx=lo/ix=4300/57.5=74.8≤200，λy=lo/iy=2150/17.3=124.3≤200，滿足要求。

4 結論

根據設計計算的結果，對煙囪頂升裝置進行制作和安裝，并正確配置液壓千斤頂，煙囪頂升工作進展順利，這說明該設計計算和校核方法能充分地滿足施工條件和要求，該計算方法廣泛適用于發電廠煙囪脫硫改造中鋼內筒吊裝裝置的設計。

［1］江明，繆謙.液壓多點同步提升技術在煙囪鋼內筒施工中的應用［J］.施工技術，2008（2）.

［2］江明，郭玉瑩.煙囪鋼內筒施工的液壓提升法［J］.電力建設，2006（6）.